貼片電容容值偏低現(xiàn)象成因與應對

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MLCC產(chǎn)品容值偏低現(xiàn)象

     針對經(jīng)常有客戶問及容值偏低的問題，本文從儀器差異、測試環(huán)境、測試條件、材料老化等方面對此作出完整之說明及解釋,以期對MLCC產(chǎn)品容值偏低現(xiàn)象有進一步的認識。

1、量測儀器差異對量測結果之影響.
  高容量的電容量測時更易有容值偏低現(xiàn)象，主要原因是電容兩端之實際施于電壓無法達到測試條件需求所致，也就是說加在電容兩端的電壓由于儀器本身內(nèi)部阻抗分壓的原因與儀器顯示的設定電壓不同。為使量測結果誤差降至最低,建議客戶將儀器調校並將儀器的設定電壓與實際在產(chǎn)品兩端所測之電壓盡量調整,使實際于待測物上之輸出電壓一致.
2、測試條件對量測結果之影響
首先考慮量測條件的問題。對于不同容值的電容會采用不同的條件來量測其容值。主要在電壓設定和測試頻率設定上有差異，不同容值的量測條件如下表所示:

電容	AC 電壓	頻率
C>10μF	1.0± 0.2Vrms	120Hz
1000pF<C≦10μF	1.0± 0.2Vrms	1kHz
C≦ 1000pF	1.0± 0.2Vrms	1MHz

 
注： 表中所列之電壓是指實際加在電容兩端的有效電壓。
因儀器的原因，電容兩端實際的輸出電壓與設定的量測電壓實際上可能會有所偏差。
3、影響高容量測之因素
3.1 儀器內(nèi)部阻抗之大小因素.
由于不同測試儀器之間的內(nèi)部阻抗不相同，造成儀器將總電壓分壓而使到達測試物的實際電壓變小。在實際的測試動作中，我們可以使用萬用表等測試夾具兩端的實際電壓，以驗證實際施于測試物的輸出電壓。
3.2不同阻抗的測試儀器對比
儀器內(nèi)阻100Ω壓降
1V*[100Ω/(100Ω+16Ω)]=0.86V
10uF測試電容兩端電壓 ：
1V*[16Ω/(100Ω+16Ω)]=0.14V
平均電容值讀數(shù) ： 6-7μF


儀器內(nèi)阻1.5Ω壓降 ：
1V*[1.5Ω/(1.5Ω+16Ω)]=0.086V
10uF測試電容兩端電壓  ：
1V*[16Ω/(1.5Ω+16Ω)]=0.914V
平均電容值讀數(shù)  ： 9-10μF

綜合以上實驗，可以得到有效電壓與電容量的關系如下：
→ 當AC Voltage 較小，則量測出之電容值偏小
→當AC Voltage 較大，則量測出之電容值偏大
下圖為量測電壓與量測容值的對照圖
  
3.3 電容大小因素
電容量大小會影響電容之阻抗.
Z(Ω)=R+j(-1/ωc)
where ω=2π f
∵ 電容之R很小∴Z(Ω) ≒ 1/ωc
Ex：10μF Z ≒ 1/(2 π *1k*(10*10-6)
≒16 (Ω)
22μF Z ≒ 1/(2 π *1k*(22*10-6)
≒7.2 (Ω)
22μF Z ≒ 1/(2 π *120*(22*10-6)
≒60.3 (Ω)
Z(Ω) ≒ 1/ωc
Ex： 10μF Z ≒ 1/(2 π *1k*(10*10-6)
≒16 (Ω)
因此待測電容兩端之AC Voltage要保持在1Vrms則儀器之輸出電流
I(rms)=V(rms)/Z=1/16=62.5 mA
所以若儀器之最大輸出電流小于62.5 mA，則待測電容兩端之AC Voltage會
小于1Vrms，所測得之容值就會變小。
3.4、頻率因素
Z(Ω) ≒ 1/ωc
Ex：22μF，1kHz Z ≒ 1/(2 π *1k*(22*10-6)
≒7.2 (Ω)
22μF，120Hz Z ≒ 1/(2 π *120*(22*10-6)
≒60.3 (Ω)
→因此當頻率愈大， Z愈小，要使待測電容兩端之AC Voltage維持一定，則
儀器可提供之輸出電流必須夠大，若儀器可提供之輸出電流太小，待測電容
兩端之AC Voltage會變小，所測得之容值就會變小。
4、量測環(huán)境條件對量測結果之影響
電容class Ⅱ（Y5V/X7R/X5R）產(chǎn)品被稱為非溫度補償性元件,即在不同的工
作溫度下,容量會有比較明顯的變化,我們舉Y5V為例說明：
Y5V 的溫度特性如下圖所示：

→代表的意思為：在不同的操作溫度下，容值與實際容值之間的差異量。比如，在40℃時的測試資料將比25℃時的測試資料低了近20%。所以，在外部溫度比較高的情況下,諸如夏天,容值的測試值就會顯的偏低。通常建議放置在25℃的環(huán)境下一段時間,使材料于較穩(wěn)定之測試環(huán)境下再進行測試。
5、MLCC產(chǎn)品材料老化現(xiàn)象
老化是指電容容值隨時間降低的現(xiàn)象，它在所有以鐵電系材料做介電質的材料均有發(fā)生，是一種自然，不可避免的現(xiàn)象。發(fā)生的原因是內(nèi)部晶體結構隨溫度和時間產(chǎn)生變化導致了容值下降的現(xiàn)象，屬可逆現(xiàn)象。
老化速率呈典型對數(shù)曲線如下：





   當對老化的材料施加高于材料居里溫度的高溫，當環(huán)境溫度回到常溫後,材料的分子結構將會回到原始的狀態(tài)。材料將由此開始老化的又一個循環(huán)。建議進行容值恢復所使用之條件為150℃/1hour。然后在常溫25℃下放置24小時，再行測試，容值將恢復到正常規(guī)格之內(nèi)。
或者以如下方式驗證：將測試容量偏低的產(chǎn)品浸至錫爐或過回流焊后，再行測試，容值將恢復到正常規(guī)格之內(nèi)。
客戶不需要在上線前,事先進行容值恢復動作,只需要將元件置於板上正常生產(chǎn)作業(yè),產(chǎn)品經(jīng)過回流焊或波峰焊後,即可恢復正常容值。